JP5356626B2 - マルチコア増幅光ファイバ - Google Patents

Description

本発明は、マルチコア増幅光ファイバに関するものである。

近年の急速な伝送容量の増大に対応する為に、一本の光ファイバのクラッド内に複数のコア部を配置した、いわゆるマルチコア光ファイバを用いたマルチコア光伝送路の開発が活発に行われている。これに伴い、マルチコア光伝送路中を伝搬した信号光を増幅するための希土類添加光ファイバ増幅器の開発が求められている。

たとえば、特許文献１には、クラッド内に複数の希土類添加コア部を配置した、光ファイバレーザ用のマルチコア増幅光ファイバが開示されている。また、特許文献２には、マルチコア光伝送路を伝搬してきた信号光を一括して増幅するためのマルチコア光ファイバ増幅器が開示されている。

ところで、光ファイバの中心軸付近にコア部が１つ配置された従来の希土類添加増幅光ファイバにおいては、ダブルクラッド構造を採用したものがある。ダブルクラッド構造において、内部クラッドの断面形状を円形にした場合は、励起光のうち、コア部に到達しないために励起に寄与しない成分（スキュー成分）が発生するため、励起効率が悪いことが知られている。そこで、スキュー成分を乱し、これをコア部に効率よく吸収させる目的で、内部クラッドの断面形状を花形や、多角形や、Ｄ型とする方法が用いられている（特許文献３参照）。

特許２００５−１９５３９号公報 特開平１０−１２５９８８号公報 特開２００３−２２６５４０号公報

マルチコア増幅光ファイバにおいては、スキュー成分等の影響によって、複数存在する各コア部を励起する光の量にばらつきが生じるため、各コア部の光増幅特性にもばらつきが生じるという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、各コア部の光増幅特性のばらつきが抑制されたマルチコア増幅光ファイバを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るマルチコア増幅光ファイバは、希土類元素が添加された複数のコア部と、前記複数のコア部の外周に位置し、該複数のコア部の屈折率よりも低い屈折率を有し、かつ第１の空孔が形成された内部クラッド部と、前記内部クラッド部の外周に位置し、該内部クラッド部の屈折率よりも低い屈折率を有する外部クラッド層と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係るマルチコア増幅光ファイバは、希土類元素が添加された複数のコア部と、前記複数のコア部の外周に位置し、該複数のコア部の屈折率よりも低い屈折率を有し、かつ第１の空孔と、前記複数のコア部と前記第１の空孔とを囲むように配置された複数の第２の空孔と、が形成されたクラッド部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係るマルチコア増幅光ファイバは、上記の発明において、前記第１の空孔は、当該マルチコア増幅光ファイバの断面において、前記複数のコア部が囲む領域内に配置されていることを特徴とする。

また、本発明に係るマルチコア増幅光ファイバは、上記の発明において、前記複数のコア部は、当該マルチコア増幅光ファイバの断面において、三角格子の格子点からずれた位置に配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、各コア部の光増幅特性のばらつきが抑制されたマルチコア増幅光ファイバを実現できるという効果を奏する。

図１は、実施の形態１に係るマルチコア増幅光ファイバの模式的な断面図である。 図２は、図１に示すマルチコア増幅光ファイバにおける励起光のスキュー成分の様子を示す図である。 図３は、実施の形態１の変形例に係るマルチコア増幅光ファイバの模式的な断面図である。 図４は、実施の形態２に係るマルチコア増幅光ファイバの模式的な断面図である。 図５は、実施の形態３に係るマルチコア増幅光ファイバの模式的な断面図である。 図６は、実施の形態４に係るマルチコア増幅光ファイバの模式的な断面図である。 図７は、実施の形態５に係るマルチコア増幅光ファイバの模式的な断面図である。

以下に、図面を参照して本発明に係るマルチコア増幅光ファイバの実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、本明細書で特に定義しない用語についてはＩＴＵ−Ｔ（国際電気通信連合）Ｇ．６５０．１における定義、測定方法に従うものとする。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係るマルチコア増幅光ファイバの模式的な断面図である。図１に示すように、マルチコア増幅光ファイバ１０は、中心軸付近に位置するコア部１１と、コア部１１を囲むように配置された６つのコア部１２と、コア部１１、１２の外周に位置する内部クラッド部１３と、内部クラッド部１３の外周に位置する外部クラッド層１４とを備えている。内部クラッド部１３には第１の空孔である複数の空孔１５が形成されている。

内部クラッド部１３は、コア部１１、１２の屈折率よりも低い屈折率を有している。外部クラッド層１４は、内部クラッド部１３の屈折率よりも低い屈折率を有している。コア部１１、１２は、たとえばゲルマニウム（Ｇｅ）等の屈折率を高めるドーパントを添加した石英系ガラスからなる。内部クラッド部１３は、たとえば屈折率調整用のドーパントが添加されていない純石英ガラスからなる。外部クラッド層１４は、たとえば光学樹脂からなる。光学樹脂の屈折率はたとえば１．１〜１．１．４２である。

７つのコア部１１、１２は、希土類元素が添加されている。添加される希土類元素は、エルビウム（Ｅｒ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ネオジウム（Ｎｄ）、ツリウム（Ｔｍ）等である。希土類元素の添加量は、たとえばＥｒの場合は５０ｐｐｍ〜２０００ｐｐｍである。また、コア部１１、１２は、コア径が１μｍ〜５μｍであり、内部クラッド部１３に対する比屈折率差が０．５％〜２．０％である。コア部１１、１２のコア径や比屈折率差は互いに等しくてもよいし、異なっていてもよい。

６つのコア部１２は、コア部１１を中心とした略正六角形を形成するように配置されている。コア部１１、１２は三角格子の格子点上に配置されている。コア部１１、１２のうち隣接するコア間の距離は、コア間の光のクロストークがコア部１１、１２の光学特性に悪影響を及ぼさない程度の距離であり、たとえば消光比が−３０ｄＢ以下となるようなコア間距離に設定されている。コア部１１、１２が、上述したようにコア径１μｍ〜５μｍであり、内部クラッド部１３に対する比屈折率差が０．５％〜２．０％である場合は、コア間距離は３０μｍ以上が好ましい。また、コア間距離が６０μｍ以下であれば、ファイバ外径があまり大きくならず、内部クラッド部１３の外径として、１２５μｍ〜２５０μｍ程度にできるので好ましい。

６つの空孔１５は、断面が円形であり、たとえば空孔径が１μｍ〜１５μｍであり、コア部１２が囲む領域Ｓ１内に正六角形を形成するように配置されている。空孔１５の空孔径は互いに等しくてもよいし、異なっていてもよい。

このマルチコア増幅光ファイバ１０は、ダブルクラッド構造を有しており、コア部１１，１２に希土類元素の光増幅帯域（たとえばＥｒの場合は１．５μｍ帯）の波長の信号光を伝搬させながら、内部クラッド部１３に希土類元素の励起帯域（たとえばＥｒの場合は０．９８μｍ帯や１．４８μｍ帯）の波長の励起光を入力すると、励起光は内部クラッド部１３に閉じ込められて伝搬しながらコア部１１、１２に添加された希土類元素を励起する。これによって希土類元素は光増幅作用を発揮し、コア部１１、１２を伝搬する光を増幅する。

図２は、図１に示すマルチコア増幅光ファイバにおける励起光のスキュー成分の様子を示す図である。マルチコア増幅光ファイバ１０において、内部クラッド部１３を伝搬する励起光に含まれるスキュー成分ＳＬは、空孔１５が存在しない場合には中心のコア部１１に到達しない光路を進行するが、空孔１５によってその光路が乱されることで中心のコア部１１に到達する。

このように、マルチコア増幅光ファイバ１０では、各空孔１５の存在によってスキュー成分の光路が乱されるので、各空孔１５が存在しない場合よりも、各コア部１１、１２を励起する励起光の量のばらつきが抑制される。これによって、マルチコア増幅光ファイバ１０では、各コア部１１、１２の光増幅特性のばらつきが抑制される。その結果、各コア部１１、１２の光増幅特性がより均一化される。

また、空孔１５が、コア部１２が囲む領域Ｓ１内に配置されていることによって、同じ領域Ｓ１内に位置して励起効率が低下しやすいコア部１１に対して、光路を乱したスキュー成分を到達させやすくなる。これによって、より効果的に、各コア部１１、１２を励起する励起光の量のばらつきを抑制するようにスキュー成分を乱すことができる。

（実施の形態１の変形例）
図３は、実施の形態１の変形例に係るマルチコア増幅光ファイバの模式的な断面図である。図３に示すように、マルチコア増幅光ファイバ１０Ａは、実施の形態１に係るマルチコア増幅光ファイバ１０と比較して、空孔１５に代えて、空孔１５と同様の空孔径の空孔１５Ａが、正六角形を形成するように内部クラッド部１３に配置されている点が異なる。

このマルチコア増幅光ファイバ１０Ａのように、空孔１５Ａが、コア部１２が囲む領域Ｓ１の外に配置されていてもよい。

（実施の形態２）
図４は、実施の形態２に係るマルチコア増幅光ファイバの模式的な断面図である。図４に示すように、マルチコア増幅光ファイバ２０は、３つのコア部２２と、コア部２２の外周に位置する内部クラッド部２３と、内部クラッド部２３の外周に位置する外部クラッド層２４とを備えている。内部クラッド部２３には第１の空孔である複数の空孔２５が形成されている。

３つのコア部２２は、略正三角形を形成するように、三角格子の格子点上に配置されている。空孔２５は、コア部２２が囲む領域Ｓ２内のほぼ中央に配置されている。

なお、コア部２２、内部クラッド部２３、外部クラッド層２４、および空孔２５の各特性、たとえば構成材料、サイズ、コア間距離または屈折率の関係等は、実施の形態１の対応する要素と同様である。

このマルチコア増幅光ファイバ２０でも、マルチコア増幅光ファイバ１０と同様に、空孔２５の存在によってスキュー成分の光路が乱されるので、空孔２５が存在しない場合よりも、各コア部２２を励起する励起光の量のばらつきが抑制される。その結果、各コア部２２の光増幅特性がより均一化される。

（実施の形態３）
図５は、実施の形態３に係るマルチコア増幅光ファイバの模式的な断面図である。図５に示すように、マルチコア増幅光ファイバ３０は、７つのコア部３１、３２と、コア部３１、３２の外周に位置する内部クラッド部３３と、内部クラッド部３３の外周に位置する外部クラッド層３４とを備えている。内部クラッド部３３には第１の空孔である空孔３５が形成されている。

６つのコア部３２は、コア部３１を中心とした略正六角形を形成するように配置されている。コア部３１、３２は三角格子の格子点上に配置されている。

なお、コア部３１、３２、内部クラッド部３３、外部クラッド層３４、および空孔３５の各特性、たとえば構成材料、サイズ、コア間距離または屈折率の関係等は、実施の形態１の対応する要素と同様である。

このマルチコア増幅光ファイバ３０では、空孔３５は、コア部３２が囲む領域Ｓ３の内側から外側へ伸びるらせん状に配置されている。このように、空孔の配置については、正六角形状に限らず、規則的または不規則な様々な形状に配置することができる。また、空孔の数も特には限定されず、１つまたは複数とできる。空孔の配置形状や数については、各コア部の光増幅特性のばらつきが抑制されるようなスキュー成分の乱れを生じさせるように、適宜設定することが好ましい。

（実施の形態４）
図６は、実施の形態４に係るマルチコア増幅光ファイバの模式的な断面図である。図６に示すように、マルチコア増幅光ファイバ４０は、７つのコア部４１、４２と、コア部４１、４２の外周に位置する内部クラッド部４３と、内部クラッド部４３の外周に位置する外部クラッド層４４とを備えている。内部クラッド部４３には第１の空孔である空孔４５が形成されている。

コア部４１、４２、内部クラッド部４３、外部クラッド層４４、および空孔４５の各特性、たとえば構成材料、サイズ、コア間距離または屈折率の関係等は、実施の形態１の対応する要素と同様である。

ここで、７つのコア部４１、４２は、三角格子Ｌの格子点ＬＰからずれた位置に配置されている。また、６つの空孔４５は、コア部４２が囲む領域内に正六角形を形成するように配置されている。

このように、コア部は、必ずしも三角格子の格子点上に配置されていなくてもよく、ずれていてもよい。コア部の配置を、対称性が低い配置にすることによって、空孔によるスキュー成分を乱す効果との相乗効果で、各コア部の光増幅特性のばらつきを抑制することができる。

なお、コア部を三角格子点からずらす場合は、たとえば、少なくとも一組の近接するコア部同士の距離が、他のコア部同士の距離と異なるように、７つのコア部を配置してもよい。この場合、コア部同士の距離の差は０．５μｍ〜１０μｍが好ましい。

このようにコア部の位置が三角格子点からずれたマルチコア増幅光ファイバを製造する方法としては、たとえば、公知のスタックアンドドロー法におけるスタックするガラスロッドやガラス管の遊びを利用する方法や、外径の異なるガラスロッドやガラス管を用いる方法などがある。

（実施の形態５）
図７は、実施の形態５に係るマルチコア増幅光ファイバの模式的な断面図である。図７に示すように、マルチコア増幅光ファイバ５０は、コア部５２と、コア部５２の外周に位置するクラッド部５３とを備えている。

クラッド部５３には、第１の空孔である空孔５５ａ、５５ｂが形成されている。さらに、クラッド部５３には、コア部５２と空孔５５ａ、５５ｂとを囲むように配置された第２の空孔である複数の空孔５６が形成されている。空孔５６は楕円形であり、円弧状に曲がっている。

このマルチコア増幅光ファイバ５０では、励起光は、エアークラッドとして機能する複数の空孔５６によって、空孔５６に囲まれたクラッド部５３の内部領域５３ａに閉じ込められて伝搬する。

３つのコア部５２は、略正三角形を形成するように、三角格子の格子点上に配置されている。空孔５５ａは、断面が三角形であり、コア部５２が囲む領域Ｓ５内のほぼ中央に配置されている。空孔５５ｂは、断面が円形であり、領域Ｓ５の外に略正三角形を形成するように配置されている。このように、第１の空孔としては、断面が円形のものに限られず、楕円形や、三角形等の多角形の断面を有するものでもよい。

なお、コア部５２、クラッド部５３の各特性、たとえば構成材料、サイズ、コア間距離または屈折率の関係等は、実施の形態１の対応する要素と同様である。空孔５５ａ、５５ｂの断面積は、空孔径が１μｍ〜１５μｍである断面円形の空孔の断面積と同程度である。

このマルチコア増幅光ファイバ５０では、内部領域５３ａにおいて発生した励起光のスキュー成分は、空孔５５ａ、５５ｂによって光路が乱されることによって、各コア部５２の光増幅特性がより均一化される。

なお、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。たとえば、図７に示す実施の形態５において、コア部を三角格子点からずらしてもよい。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

以上のように、本発明に係るマルチコア増幅光ファイバは、主に光通信の用途に利用して好適なものである。

１０、１０Ａ、２０、３０、４０、５０ マルチコア増幅光ファイバ
１１、１２、２２、３１、３２、４１、４２、５２ コア部
１３、２３、３３、４３ 内部クラッド部
１４、２４、３４、４４ 外部クラッド層
１５、１５Ａ、２５、３５、４５、５５ａ、５５ｂ、５６ 空孔
５３ クラッド部
５３ａ 内部領域
Ｌ 三角格子
ＬＰ 格子点
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ５ 領域
ＳＬ スキュー成分

Claims (5)

1. 希土類元素が添加された複数のコア部と、
   前記複数のコア部の外周に位置し、該複数のコア部の屈折率よりも低い屈折率を有するクラッド部と、
   を備え、
   前記複数のコア部のうち隣接するコア間の距離は、前記コア間の光のクロストークが前記隣接するコア部同士で、互いの光学特性に影響を与えないコア間距離であり、
   前記複数のコア部の数は、三つ以上であり、当該マルチコア増幅光ファイバの断面において、三角形を形成するように配置され、かつ、少なくとも一組の近接するコア部同士の距離が、他のコア部同士の距離と異なるように、正三角格子の格子点からずれた位置に配置されていることを特徴とするマルチコア増幅光ファイバ。
2. 前記コア部同士の距離の差は０．５μｍ以上１０μ以下であることを特徴とする請求項１に記載のマルチコア増幅光ファイバ。
3. 前記クラッド部に形成され、当該マルチコア増幅光ファイバの断面において、前記複数のコア部が囲む領域内に配置された前記第１の空孔を有することを特徴とする請求項１または２に記載のマルチコア増幅光ファイバ。
4. 前記クラッド部は、内部クラッド部と、前記内部クラッド部の外周に位置し、該内部クラッド部の屈折率よりも低い屈折率を有する外部クラッド層と、を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載のマルチコア増幅光ファイバ。
5. 前記クラッド部は、前記複数のコア部と前記第１の空孔とを囲むように配置された複数の第２の空孔とを有することを特徴とする請求項３または請求項３を引用する請求項４に記載のマルチコア増幅光ファイバ。

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